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一、影响高分子材料老化的环境因素
1.太阳光对高分子的影响
目前太阳光是影响高分子材料老化的主要原因,而且是不可避免的,太阳光中含有大量的紫外线,是最容易被高分子材料中的醛基和酮基所吸收,从而产生复杂的化学反应;另一部分太阳光中的红外线,红外线接触高分子材料后,使得高分子材料吸收温度迅速上升,这就加剧了高分子材料的热老化性,从而降低了使用寿命。
2.空气中氧对高分子的影响
氧无处不在,而且属于极活泼气体,在高分子材料表面受到太阳光照射后极易发生氧化反应,像我们平时看到的铜绿,所谓的铜绿就是铜在光的照射下发生氧化反应而形成表面的一层保护介质。这样的现象还有很多,并且为无法避免不可逆的,然而高分子材料和我们息息相关,在日常的加工、运输、使用过程中都不可避免的接触氧,所以氧也是导致高分子材料老化的主要因素。
3.外部作用——机械力对高分子材料的影响
高分子材料在使用过程中不可避免的接触外部因素作用,外部作用在一定程度下导致了高分子材料的老化进程。例如汽车轮胎,它属于高分子材料橡胶,橡胶的突出特点是分子链柔性好,在外部车轮和车承载力的作用下,易发生较大程度的变形,由于它特殊的分子原理可迅速恢复,如果长时间施加机械力,橡胶内的分子链受到破坏发生变形导致龟裂,加速了高分子材料的老化过程。
4.水和电对高分子材料的影响
由于高分子材料的分子内部结构特殊,含有一种亲和水性很好的物质,在高分子材料遇到水后易破坏分子结构而易被水解;高分子内部的组织键对电的反应更加敏感,一旦接通电源,分子就形成了大量不规则运动而剧烈反应,有效的破坏了分子弱键,导致高分子材料失效电解游离。
二、高分子材料老化的具体表现
高分子材料老化顾名思义就是通过外部作用破坏了高分子内部结构,分子量变小,生成新的物质或发生降解的过程。一般分为物理老化和化学老化,物理老化可逆转比较好恢复,例如,一些高分子材料在外部压力作用下产生变形,但去除外力后即可恢复原状。还有一些高分子材料受潮后绝缘性降低,表现为失效,但干燥后即可利用。化学老化就较复杂了,它是高分子内部键和键之间发生的不可逆现象,较能控制和恢复。老化后的材料强度降低、韧性、稳定性、耐热性及颜色等各方面都出现不同程度的破坏和降低,影响其正常使用功能。高分子材料老化外观主要表现为颜色变淡,出现斑点、龟裂、粉化等现象;内部老化则表现为水解、电解、冲击强度、抗拉强度等减低,从而达到高分子材料的疲劳极限,丧失其使用价值。
三、缓解老化的具体措施
现阶段,研究高分子材料老化和抗老化问题是一个实际关键性问题,由于高分子材料内部结构比较复杂,反应条件成熟,反应机理无法避免,所以对高分子研究领域内还无法真正杜绝其老化现象,只能对老化做辅的延缓作用,从而增加高分子材料的使用寿命。
1.物理防护措施
物理防护就是应用外部因素影响高分子的作用,它可以完全控制一般的物理老化,对实质性的化学老化起到一定的延缓作用。例如,常年暴晒和雨淋的大棚塑料薄膜,经日照后分子受热发生氧化,促使透明度降低,薄膜脆化,如何延长塑料薄膜的使用寿命,增大农民的经济效益,人们利用在薄膜上覆盖草栅,降低塑料薄膜和日光接触时间,从而达到了延长塑料寿命的目的。其次,在高分子材料中加一种延缓剂、防老剂来增加抗老化机理。例如,机械设备一般都是用机械材料(铁、铜、钢等)通过键槽连接组成的一个具有规范运动的主体,但因长期暴露在空气中,设备表面经常看到锈迹斑斑,影响了设备的美观,人们就针对此现象发明了油漆,油漆涂在设备表面有效阻止了设备与空气接触的面积,起到了使之无法氧化的目的。像运用物理方法保护高分子材料老化的现象还有很多,它成本低实施简单,现已被人们广泛利用。
2.改变高分子本身易老化的特点
引起高分子材料老化的最主要原因是其本身的弱键或不饱和双键,由于分子内部存在弱键、不饱和键使得高分子材料特别不稳定,易于和空气中的氢键氧键发生反应生成新的物质,如改变其不稳定键使之成为饱和键,那它抗老化性就大大增加。例如橡胶中的碳-碳键极易与空气发生臭氧老化和光氧老化。针对这一现象,在橡胶中加入氯原子键,氯原子键有很好的吸附电子基功能,从而提高了橡胶的抗老化性。举一反三,像这种在高分子材料中加入键基减少支链使其稳定,也是我们提高抗老化的有力措施。
1.1授课内容强调基础性高分子材料与机械类学生通常接触到的金属材料在结构、性能、制备工艺等方面有很大的区别。向机械类学生讲授高分子材料,主要目的是让他们对高分子材料有最基本的了解。在短短4学时内,不可能也没必要将高分子材料相关的全部内容压缩讲授。这就决定了机械工程材料课程中高分子材料部分必须侧重于基础性知识,对于理论性、专业性太强的知识点必须舍弃。基础性内容应当包括高分子材料的基本概念、分类、结构特点及常用工程高分子材料(工程塑料、工程橡胶及工程纤维)的基本力学性能。
1.2授课目标偏向工程性高分子材料不仅可作为结构材料使用,也可以作为功能材料使用。对于非材料类专业的学生,特别是机械类专业的学生,更关心材料的力学性能和应用范围。因此,在课程内容的安排上,应以与机械工程有关的机械性能为主,给出常用工程高分子材料的基本力学性能指标及适用领域。
1.3授课过程重视学生的先修知识大多数高校的机械工程材料课程以金属材料为主线,在学习高分子材料之前,学生对金属材料已经有基本了解。高分子材料与金属材料之间存在较大差异,例如:高分子材料的聚集态结构以非晶结构为主,而金属材料则以晶体结构为主;许多高分子材料,特别是橡胶类的高分子材料具有金属材料所不具备的优良弹性等。学生先修知识的习惯思维在他们学习高分子材料时可能会引起冲突,因此在授课时必须对金属材料与高分子材料的差异予以考虑。采用与金属材料对比的方法学习高分子材料,有利于帮助学生澄清概念,更好地掌握高分子材料的知识。
1.4教学方式应具有高效性高分子材料课程涉及的概念繁多,容易混淆,对于机械类学生而言比较抽象,难以理解。在短短的4学时内,要想让学生尽可能多的掌握高分子材料的相关基本概念,必须摒弃照本宣科或一味讲授的教学方式。通过高效的教学方式,充分调动学生的积极性、主动性,引导学生思考,方能达到理想的教学效果。
1.5提供扩展知识的参考书由于高分子材料的性能、结构、制备工艺以及表征与金属材料和陶瓷材料完全不同,而且目前在机械工程材料中高分子材料部分比例很少。为解决这一矛盾,在章节后面列出了比较系统的高分子材料性能、内容、结构、制备工艺以及表征方面的书籍,以供学生参考。
2高分子材料教学改革
根据以上原则,我们在2013年度的授课过程中对高分子材料的讲授进行了调整,具体如下:(1)授课内容及学时安排:高分子材料的基本概念(高分子、单体、链节,0.5学时),高分子材料的分类方法(按用途分类,按热行为分类,按反应类型分类,按主链结构分类,0.5学时),高分子材料基本结构(简单介绍近程结构、远程结构、聚集态结构的概念,0.5学时)及物理状态(玻璃态、高弹态和粘流态,0.5学时),典型工程塑料的力学性能和应用(1学时),典型合成橡胶的力学性能和应用(1学时)。(2)重点讲授常用工程高分子材料(工程塑料、工程橡胶及工程纤维)的基本力学性能及典型工程高分子材料的适用领域。(3)授课过程中通过列表等方式将高分子材料的相关内容与金属材料进行对比,一方面避免概念混淆,另一方面突出高分子材料与金属材料的不同之处。(4)采用启发式教学模式,通过设问、模拟实验、举例、探究等方法引导学生思考;在多媒体课件中,采用丰富的图片、动画激发学生学习的积极性和主动性。
3结束语
关键词 材料;液晶高分子;光致形变高分子材料
中图分类号TG1 文献标识码A 文章编号 1674—6708(2012)76—0157—02
材料是人类文明的标志,是社会生存和发展的基础,人类支配和改造自然能力的提高都是通过新型材料的发现和利用来实现的。科学家们预言“21世纪将是智能材料的新时代”。所谓的智能材料指的是能够根据周边环境的变化而做出不同响应的一种新型材料。这其中材料对光、热、电、磁以及溶剂等不同介质所做出的响应。根据智能材料所使用的材质的不同,我们可以将其大致归为三类:金属类智能材料、无机非金属类智能材料和智能高分子材料。本文主要针对的是光致形变液晶高分子材料进行一些列研究和探讨,希望能起到抛砖引玉的效果,让更多的同行来共同关注这一领域的发展。
所谓的光致形变液晶高分子材料指的是能够吸收特定波长的光,而改变自身形状以及尺寸的一种高分子材料。光致形变液晶材料之所以能够对光进行响应是因为其分子中含有感光官能团。
光致形变高分子要满足一定的条件才能发生形变,Lendlein等人认为需要满足下面三个条件[1]:1)感光官能团要以一定的方式引入到高分子材料中;2)当感光官能团与分子发生可逆的光异构化的时候,就能够引起材料在外观上的改变。因为这种变化可以传递给高分子链,高分子链在构象上的变化则表现在外观形状以及尺寸的变化上;3)该体系的维持需要有一定的交联度,只有这样才能稳定材料最初的形体状态。光致形变液晶高分子材料要想有大的形变,需要高分子链在材料中呈有序排列,从而可以产生各向异性的响应,这样产生的形变应力比较大。
Ikeda和俞燕蕾等人合成了一系列的液晶弹性体薄膜,他们把偶氮苯官能团引入到该薄膜中从而可以有效地实现液晶弹性体薄膜在方向上所产生的可控光致弯曲的发生。如图1(多畴液晶弹性体的光致形变弯曲图,其中白色箭头的方向即为偏振光的偏振方向)所示,当多畴向列相液晶弹性体薄膜沿着任意方向发生弯曲的时候,弯曲后用570nm波长的可见光照射,薄膜可以恢复到原来的状态,这是因为薄膜的弯曲方向与入射偏振紫外光的偏振方向一致,所以可以通过简单的改变入射光偏振方向,即可简单地精确控制薄膜的对弯曲方向。
Lee等人在最近研究出了一种全新的液晶高分子薄膜,这种薄膜在其主链上含有偶氮苯基团,而且薄膜也可以根据线性偏振光来控制自身所弯曲的方向变化。同时,这种薄膜也是一种非化学交联的体系,所以这就让它能够广泛应用于纤维制成或任意形状的光响应材料。另外,该材料也证明了,光致形变液晶高分子材料不一定需要化学交联。
类似纤毛功能的微型执行器是由van Oosten等人通过喷墨打印技术制备出的一种新执行器,这种结构的纤毛可以在有光照的情况下自行运动。如图2(a)所示,当将它放置于水中的时候,它就可以产生变比较强烈的扰动,从而达到促进液体快速交融混合的目的。
另外,通过选择不同的构件,可以实现对纤毛运动幅度大小的调控(图2 b),最吸引人注意的一个特点是这种构件的制备可以使用不同类型的喷液进行操作,比如喷涂打印,如此,所使用的成本更加低廉,所以,这就也促使了大面积制备响应性的执行器件。在涉及到替代传统的电驱动执行器方面,同样有着非常明显的优势;图2 c是该执行器成分的化学结构式。
图2(a)当采用不同波长的光驱照射人工纤毛的时候,就会令其产生不规则的运动行为;(b)当采用紫外光进行照射的时候,液晶高分子纤毛在水面所产生的运动行为;(c)为构成执行器的液晶单体化学结构式。
结论:由于光的一些优异特点,使得光致形变液晶高分子材料在现实的应用中有着诸多的特点,这些特点使光驱动型执行器不需要使用其他的相关辅助设备,只需要通过改变自身的形状及尺寸就可以将光能直接转化为有用的机械能,所以,它将有望在微机械领域中大放光彩。
参考文献
关键词:高分子材料,;材料成型; 控制技术
中图分类号: TB324文献标识码:A 文章编号:
前言
随着现代社会科技水平的提高和科技工作者的努力,高分子材料成型技术得到了飞速的发展,在现代化的工业建设中起着越来越重要的作用。下面通过简要叙述高分子材料成型的基本原理、高分子材料成型过程中的控制。探析高分子材料成型及其控制技术。
1.高分子材料成型的基本原理及问题
通常,在传统的高分子工业生产中,高分子材料的制备和加工成型是两个截然不同的工艺过程。制备过程主要是化学过程:单体、催化剂及其他助剂通过反应堆或其他合成反应器生成聚合物。聚合反应往往需要几小时甚至数十小时, 部分聚合反应还需要在高温、高压或真空等条件下进行。聚合反应结束后再分离、提纯、脱挥和造粒等后处理工序。制备过程流程长、能耗高、环境污染严重,增加了制造成本。合成的聚合物再通过加工成型,得到制品。一般采用挤塑、注塑、吹塑或压延等成型工艺,设备投资大。此外,加工过程中,聚合物需要再次熔融,增加了能耗。高分子材料反应加工是将高分子材料的合成和加工成型融为一体,赋予传统的加工设备(如螺杆挤出机等)以合成反应器的功能。单体、催化剂及其他助剂或需要进行化学改性的聚合物由挤出机的加料口加入,在挤出机中进行化学反应形成聚合物或经化学改性的新型聚合物。同时,通过在挤出机头安装适当的口模,直接得到相应的制品。反应加工具有应周期短(只需几分到十几分钟)、生产连续、无需进行复杂的分离提纯和溶剂回收等后处理过程、节约能源和资源、环境污染小等诸多优点。
高分子材料的性能不仅依赖于大分子的化学和链结构,而且在很大程度上依赖于材料的形态。聚合物形态主要包括结晶、取向等, 多相聚合物还包括相形态( 如球、片、棒、纤维及共连续相等) 。聚合物制品形态主要是在加工过程中复杂的温度场与外力场作用下原位形成的。
高分子反应加工分为两个部分:反应挤出和反应注射成型。目前国内外研究与开发的热点集中在反应挤出领域。高分子材料的反应挤出通常包括两个方面:一是将反应单体、对话及核反应助剂直接引入螺杆挤出机,在连续挤出的过程中发生聚合反应,生成聚合物;二是将一种或数种聚合物引入螺杆挤出机, 并在挤出机的适当部位加入反应单体、催化剂或反应助剂, 在连续挤出的过程中,使单体发生均聚或与聚合物共聚,或使聚合物间发生偶联、接枝、酯交换等反应, 对聚合物进行化学改性或形成新的聚合物。反应加工过程中涉及的化学反应有自由基引发聚合、负( 或正) 离子引发聚合、缩聚、加聚等多种反应类型, 与传统反应需数小时或十几小时相比,其反应时间往往只有几分钟或几十分钟。
高分子材料的合成和制备一般是由几个化工单元操作组成的,高分子反应加工把多个单元操作熔为一体,有关能量的传递和平衡,物料的输运和平衡问题,与一般单个化工单元操作截然不同。由于反应加工过程中发生的化学反应(聚合)多为放热反应,传统聚合过程是利用溶剂和缓慢反应解决传热与传质问题的,而在聚合反应加工过程中,物料的温度在数分钟内将达到 400-800℃,若不将反应过程中产生的热及时的脱除,物料将发生降解和炭化。传统的加工过程是通过设备给聚合物加热,而聚合反应加工中是需要快速将聚合生成的热量通过设备移去,因此,必须从化学工程和工程热物理学两个方面开展相应的基础研究。
高分子材料的物理机械性能、热性能、加工性能等均取决于其化学结构、分子结构和凝聚态的形态结构,而高分子材料的形态结构则与加工工艺有着密切的关系。
流变学是研究物体流动和变形的科学,高分子材料流变学是其成型加工成制备的理论基础。伴随化学反应的高分子材料的流变性质则有其自身的规律和特点。因此, 研究反应加工过程中的化学流变学问题将为反应加工过程的正常进行和反应产物加工成制品提供重要的理论基础。
2高分子材料成型过程中的控制
一般说来,在六七十年代主要重视的是单一聚合物在通常加工过程中的形态;到了七八十 年代以通常聚合物共混物相形态形成规律以及单一聚合物在特殊加工条件下形态成为主要研究对象;九十 年代以来,主要从控制聚合物形态规律出发, 研究新型聚合物、新型加工过程中聚合物形态形成、发展及调控, 通过新型形态及特殊形态的形成,获得性能独特的单一或多相高分分子材料。
我国是自 20 世纪 80 年代以来,对聚合物及其共混物在加工中形态发展和控制给予了高度重视。方向上大体是与国际同步的。近年来,我们国家主要研究内容涉及高分子材料加工过程中形态控制的科学问题,包括高分子在复杂温度、外力等各种外场作用下聚合物形态结构演化、形成规律以及在温度、压力等各种极端状态下高分子聚集态结构的特点。在已取得的理论成果知道下,开发了多种新型高分子材料,有的产生了良好经济效益。多数聚合物多相体系不相溶,给共混物加工中形态控制和稳定带来困难。通常是加入第三组分改善体系的相容性。聚合物加工中制品处于非等温场中,制品温度对其形态及性能有很大影响。但在通常聚合物加工中制品温度控制非常盲目,原因是很难知道不同制品位置温度随时间的变化关系。关键是要弄清楚聚合物及其共混物在非等温场作用下制品温度随时间变化关系。研究微纤对基体聚合物结晶形态、结构的影响,发现不仅拉伸流动行式成核和纤维成核,而且发现纤维在拉伸流动场作用下辅助成核。将导电离子组装到微纤中, 使微纤在体系中形成导电三维网络结构,从而显著降低体系的导电逾渗值和独特的 PTC(电阻正温度效应)和 NTC(电阻负温度效应)效应。
高分子材料的形态与物理力学性能之间有密不可分的关系,这是高分子材料研究中的一个永恒课题。与其他材料相比, 高分子材料的形态表现出特有的复杂性:高分子链有复杂的拓扑结构、共聚构型和刚柔性,可以通过现有的合成方法进行分子设计和结构调整;高分子长链结构使得其熔体有粘弹性;高分子的驰豫时间很宽,并在很小的应变作用下出现强烈的非线。
3高分子材料的发展趋势
高分子材料的高性能化:现有的高分子材料虽已有很高的强度和韧性,某些品种甚至超过钢铁,但从理论上推算,还有很大的潜力。另外,为了各方面的应用, 进一步提高耐高温、耐磨、耐老化等方面的性能是高分子材料发展的重要方向。改善加工成形工艺、共混、复合等方法, 是提高性能的主要途径。
高分子材料的功能化:高功能化主要是指具有特定作用能力的高分子材料。这种特定作用能力, 即“特定功能”是由于高分子上的基团或分子结构或两者共同作用的结果。这类高分子材料又称为功能高分子。例如, 高吸水性材料、光致抗蚀材料、高分子分离膜、高分子催化剂等,都是功能化方面的研究方向。
高分子材科的生物化:生物化是高分子材料发展最快的一个方向。各种医用高分子就属于这一范畴。有人认为,除人脑仅 1.5kg 重的大脑外,其他一切器官均可用高分子材料代替。此外, 生命的基础,细胞、蛋白质、胰岛素等也均属于高分子。生物化于是成为高分子科学的一个最主要发展方向。如合成或模拟天然高分子,使之具有类似的生物活性,代替天然的组织或器官。
结束语
综上所述,在科技日益进步的今天,我国必须走具有中国特色的发展高分子材料成型加工技术与装备的道路,把握技术前沿,培育自主知识产权。促进科学研究与产业界的结合,加快成果转化为生产力的进程,加快我国高分子材料成型加工高新技术及其产业的发展是必由之路。
参考文献:
[1] 高分子材料的发展方向.国家自然科学基金委员会.高分子材料科学.科学出版社,1994.
[2] 史玉升,李远才,杨劲松.高分子材料成型工艺[M].化学工业出版社,2006.
[关键词]专业改革;高分子材料与工程;新常态;内涵凝练;特色发展
[中图分类号]G40[文献标识码]A[文章编号]10054634(2017)020061040
专业改革的大背景
目前,我国正处于经济社会发展的“新常态”时期。对“新常态”的内涵有不同的理解,但最重要的还是经济发展降速,从资源驱动、劳动力驱动发展向创新驱动发展,这就要实行经济结构调整和转型,鼓励创新创业,支持新兴战略性产业,发展高科技产业,支持绿色环保产业。因此要淘汰落后产能,向科技要增长[1,2]。这种“新常态”将要持续很长一段时间,大学对人才的培养模式与方法也要做相应调整。学校党委也提出了学校转型发展,要建设特色鲜明的高水平应用型大学,切实认识到转型发展的重要意义,把思想认识统一到转型发展这一重大战略部署上来,实现从以教学为主向教学科研并重、以本科教学为主向本科、研究生教育并重、从行业为主到行业与地方并重3个转型发展贡献力量,要紧紧抓住“提高科技创新能力”这一关键,通过推动综合改革,释放转型发展的活力;通过开放办学,调动一切可用资源;通过科教融合,充分发挥科研在人才培养中的作用,努力为转型发展开辟道路,努力提升学校的办学实力和核心竞争力[3,4]。为了适应我国的“新常态”,实现学校的转型发展要求,高分子专业就必须进行改革,探索人才培养的新模式,从而提高培养质量。
1北京石油化工学院高分子材料与工程专业现状北京石油化工学院是一所注重学生发展、以学生为中心的应用型大学,学校秉承“学以致用、宁静致远”的教育理念,本着公开、公正、公平的原则,管理日益精细化和人文化,为学生的发展提供了好的平台,培养具有高水平工程实践能力的人才。高分子材料与工程专业是本校最早建立的专业之一,自1978年我国恢复高考以来,高分子材料与工程专业陆续培养了2 000余名高分子材料与工程专业人才。
传统的高分子材料主要分为塑料、橡胶和纤维三大类,用量大、企业多、产能过剩,但附加值低、竞争激烈,较难凸显出高科技特点,在经济发展“新常态”时期,正在丧失优势地位,难以引起学生们的学习兴趣,造成学生学习积极性不高,就业率偏低。同时,学校为北京市属高校,高分子材料工程专业本科生主要为北京生源,其就业地主要为北京地区。北京市已经根据中央的要求和我国经济发展“新常态”的特点,制定了经济社会发展的新战略,既淘汰、转移传统产业,鼓励发展绿色环保的新兴产业[5],传统的高分子材料制备和加工已列为向外转移产业,如北京华盾雪花塑料集团公司主要从事塑料薄膜、管材、中空容器的生产,已启动向河北搬迁工程。类似这类的传统塑料、橡胶制品生产企业将陆续移出北京,造成高分子材料岗位人员需求大量减少。在高分子材料制备领域,更是受到大气污染治理的约束,难以发展,如燕山石化公司的产量和规模正在逐年减少。在可预见的将来,不排除移出北京的可能。因此,高分子材料与工程专业毕业生在北京的就业竞争日益激烈,学校在传统的高分子材料制备与加工领域不具有优势,必须另辟蹊径,寻找新的专业方向,开拓新的就业领域,从而提高就业率,因而,需要对专业进行改革。
2为学生搭建有特色的成长平台
学校及专业必须为学生搭建各类成长平台,让学生得到全面发展。根据学校的特点,主要为大学生搭建了以下成长和培养平台。
1) 工科专业的核心是培B学生的科技创新能力。高分子材料与工程专业是本校最早的专业之一,已有30多年的历史,是北京市“特色专业”和北京市“重点建设学科”,特别注重大学生科技创新能力的培养,在这方面,学校为学生搭建了国内先进、具有一定国际影响力的大学生科技创新平台――“特种弹性体复合材料北京市重点实验室”,拥有裂解色谱质谱联用仪、紫外加速老化仪、高级旋转流变仪、凝胶渗透色谱仪等3 000多万元的仪器设备,实验室对学生开放,学生可以从事“大学生科研创新项目”研究,为他们科技创新能力的培养打下了坚实基础。
2) 为学生搭建了科研训练平台――大学生研究训练计划(URT),要求高分子专业学生必须参加URT项目。URT项目来源于教师的科研项目,同时也鼓励学生根据自己的兴趣提出课题,经过论证后也可列入URT项目。URT项目以团队为主,确定项目负责人,制定任务分解,让团队内各成员发挥各自的特长,并鼓励跨专业组队,培养了学生的团队合作意识和人际交流能力等,对他们的成长是一个极大的锻炼。通过上述科技创新能力的培养,毕业生可从事科技创新创业工作,有些已成为科技公司的负责人,如广东聚赛龙公司的总经理郝源增先生,他还在在高分子材料专业设立了“聚赛龙奖学金”。
3) 搭建了“高分子材料多层次、模块化实验教学体系”,开设了一系列设计性、综合性、创新性实验,可根据学生兴趣和特点自由选择,充分调动学生的积极性。高分子专业实验多为单一的验证性实验,改革后开设了多个设计性实验,建立高分子材料与工程专业多层次、多模式创新实验教学体系,注重创新能力培养,突出工程实践特色,进行结构重组和整体优化,构建了高分子材料专业一体化、多层次、多模式创新实验教学体系。强化综合型和设计型实验,为学生综合运用所学知识和实验技术解决实际问题提供自由探索的空间,全面开放实验室,给学生提供更多的动手机会,促进学生知识、能力、素质协调发展;优化实验技术人员队伍,提高实验人员素质和水平。
在创新型实验教学体系中,设计性实验是重中之重。设计性实验的主要目的是让学生通过查阅文献设计方案,解决相对于自己的知识水平仍属于“新”的问题,这些问题有些属于学科的前沿问题,有些是工业生产、科学研究中的某些关键问题,可以称之为“二次创新”,形成“新材料制备表征应用”3个阶段,以“立题调研设计实验结果分析与讨论撰写研究论文”为主线进行教学,大大提高学生的科技创新能力。
4) 建立了一套产学研合作教学体系,搭建了工程实践能力培养平台,培养学生的工程实践创新能力。学校与中国石化、燕山石化合作建立了国家级大学生实践教学基地,与北京雪花华盾塑料公司建立了北京市级大学生实践教学基地,与北京碧水源公司、中科纳通公司、炭世纪公司、科化微电子公司、华德密封公司、华融塑胶公司等建立了校企合作产学研基地,为大学生的实践教育提供了平台,学生可以根据自己的兴趣和就业意愿,选择这些企业实习和实践,大大提高了学生的实践活动兴趣和就业能力。
5) 搭建了大学生学科竞赛体系,培养学生的创新产业意识和能力。如依据全国高分子材料创新产业大赛的宗旨和规则,创办了本校高分子材料创新创业竞赛,学生们有好的成果、好的设计均可以参赛,优胜者选拔参加全国高分子材料大学生创新创业大赛,大大开拓了学生的视野,提高了学生们的综合能力。
3学生综合能力培养的做法
作为一个应用型本科院校,本专业特别注重学生如下能力的培养:(1)创新意识和创新能力;(2)工程实践能力;(3)适应社会发展能力和自我提高能力。为了达到上述能力的培养,实施了以下措施。
1) 不断修订完善高分子材料专业的培养方案,结合时展,凝练专业建设内涵,适应经济社会发展要求。如近期修订了“高分子材料与工程专业培养方案(2013版)”,通过与企业等用人单位研讨,提出了高分子材料专业新内涵的建O与探索,即专业向“功能高分子材料”内涵发展,使之更适应目前我国经济结构调整、创新驱动的“新常态”。传统高分子材料主要有塑料、橡胶和纤维,这些材料产量大、技术成熟,市场也已饱和。功能高分子材料是新材料的重要内容,是国家鼓励发展的七大新兴战略性产业之一。功能高分子材料种类也很多,学校结合北京市和全国情况,进一步凝练,提出把形状记忆高分子材料、生物医用高分子材料、3D打印高分子材料、太阳能电池用高分子材料和电子信息用高分子复合材料作为本专业的重点内容。
如形状记忆高分子材料,具有形状记忆功能的材料,不管它如何变形,都可以在一定条件下恢复它原来的形状,可以应用在自修复涂层(如汽车涂层,如有划痕,可以拿吹风机加热一下既可以修复)、自修复材料(如风电叶片出现裂纹,也可以这样修复)、医用骨固定夹板和绷带(代替石膏,不仅轻,而且方便装卸)等。再如,3D打印成型(也称快速增材制造)发展很快,国家工信部刚刚制定了3D打印产业发展纲要,要在“十三五”期间大力发展。其中,很重要的一类为激光快速光固化成型体系,它使用的材料大部分为可光固化树脂,这也是学校的专业内容之一。
2) 实施教育部“卓越工程师计划”,与现代化的行业、先进企业建立合作关系,使之成为学校的实习实践基地。建立先进的产学研教育体系,聘请大量的校外教师讲学,使学生了解专业前沿和社会需求,从而有利于他们的就业。本专业是全国首批教育部“卓越工程师计划”试点专业,该计划的目的是培养具有高的工程实践能力的人才,从而推动我国产业界创新能力的提升。本专业的主要的培养手段就是增加企业阶段学习经历,提前让学生熟悉、掌握企业的运行机制和环境,近几年,陆续与北京市等地的现代化企业建立了产学研教育体系,如燕山石化公司、华盾雪花公司、北京碧水源公司、北京炭世纪公司、北京中科纳通公司、北京东方雨虹公司、广东榕泰公司等。其中,燕山石化、碧水源、东方雨虹和广东榕泰均是上市公司,具有现代化的企业管理制度,非常适合本校学生,因此与他们建立关系,不仅使学生掌握了产业先进的知识和技术,也有利于就业。
3) 开展国际工程专业认证,按照国际标准培养人才,从而使学生具有国际视野,也有利于他们的出国留学。
4) 开展高分子材料创新创业竞赛,选拔优秀的学生和项目参加全国大学生创新创业大赛,强化他们的创新创业意识,有利于他们毕业后进行创业。如2013年高分子专业高Z11班周颖等5名学生组成了“绿色风采队”,参加了由中国化工联合会、中国化工教育协会、青岛橡胶谷等主办的“首届全国高分子材料创新创业大赛”,参赛的项目是“高性能环保型大规模集成电路封装材料”,该项目在全国100多所院校近200个项目中脱颖而出,赢得专家的好评,获得大赛二等奖,并获得创业基金1万元。
5) 实行全程学业导师制,自新生进校开始就配备学业导师直到毕业,全程指导,使学生更好地成长。逐步完善学业导师考核机制,调动教师的积极性,指导学生学习、生活、科研、就业等。
4结束语
通过上述改革,学校高分子材料与工程专业学生有如下特点:(1)拓宽了高分子材料专业就业渠道,提高了就业率,除了在传统的石化企业、塑料橡胶纤维制品制造企业就业外,还可以在高科技高技术领域就业,如航空航天企业、医药及医疗制品企业、汽车企业、家电企业、手机企业、新能源企业等,每年的就业率均在95%以上;(2)通过加强工程实践能力的培养,本专业毕业生的工程实践能力大大提升,创新创业能力显著提高,得到了用人单位的肯定;(3)扩展了学生的国际化视野,提高了考研率和出国深造率。
参考文献
[1] 黄群慧.“新常态”工业化后期与工业增长新动力[J].中国工业经济,2014(10):519.